1　绪论

1.1　研究背景和意义

近年来，由于全球气候变化、流域内梯级工程建设以及调水工程建设等诸多因素影响，湖北汉江流域的水资源开发利用面临3方面的问题。

（1）汉江流域总来水量明显减少。从1933—2008年实测丹江口年入库径流系列来看，汉江流域天然来水呈现出减少态势。1984年以前丹江口来水相对较丰，之后来水相对较枯。入库径流1933—1984年系列与1985—2008系列相比，前者比后者大约36亿m3，相差幅度为9%。同时，大规模引调水工程又进一步的导致来水减少，其中引汉济渭工程年调水量15.8亿m3，鄂北调水工程年调水量13.98亿m3，减少来水7.6%。

（2）本流域用水和北调水的矛盾也凸显。随着经济社会的不断发展，人口和经济增长对水量的需求日益增加，汉江流域地表水资源开发利用率也越来越高。2000水平年汉江本流域的地表水资源开发利用率为32%，2010水平年为34%。2010水平年如果考虑南水北调中线工程调水95亿m3，汉江水资源的利用率将达到44%。所以汉江向中线工程供水后，水资源利用率已达到较高的程度。

（3）生态环境恶化。由于汉江遭遇连续枯水年，加之中下游水体富营养化、污染问题也日益严重，所以水华发生越来越频繁，1992—2012年先后发生了10次水华事件。同时，水文水力条件的改变以及水质恶化进一步导致了汉江中下游鱼类产卵场严重受损，甚至消失，鱼类产卵规模明显减小，汉江鱼类资源整体呈现衰退趋势。

总的来说，湖北汉江流域水资源开发利用面临着来水减少、流域用水与调水矛盾突出、生态环境恶化等问题，需要通过水库群的联合优化调度来达到缓解的目的。而从梯级水库群优化调度技术层面看，汉江梯级水库群规模庞大，水力联系复杂，用水需求多样化，给水库群优化调度带来了两大难题。

（1）高维多目标的问题。目前国内外处理高维多目标问题，通常采用权重法、约束法，这样都损害了系统整体的最优性。而近年来发展起来的一些多目标分析方法只能处理低维多目标问题，汉江调度包括防洪、发电、调水、供水、航运、生态等六大目标，其中生态的问题最为突出，是一个面向生态的高维多目标水库调度问题。

（2）“维数灾”问题。大系统优化问题是一个由全局最优性、半结构化巨系统、多目标等要素耦合的综合性问题，通常针对大系统优化问题构建的数学模型求解计算量是普通计算机无法承受的。这就导致一些理论上更加丰富的数学模型无法求解，无法应用到实际，从而成为“维数灾”问题。在水库调度实践中，调度对象通常是由十几座甚至上百座水库组成的复杂混联网络，计算量呈指数上升，“维数灾”的问题就凸显出来了。

针对这些问题，本书从分析水库群优化调度问题的特点着手，建立了水库优化调度理论方法体系，分析了汉江流域生态需水及中下游生态控制指标，并以湖北汉江梯级水库群为对象构建面向生态的多目标综合调度方案及软件平台。